La
DINAMICA
è il ramo della meccanica che si occupa
dello studio del moto dei corpi e delle sue cause o delle
circostanze che lo determinano e lo modificano.
Secondo alcuni studi portati avanti da Galileo GALILEI e Isac
NEWTON le forze non sono la causa del moto, ma producono
una variazione dello stato di moto.
Essa si basa su tre principi fondamentali che a loro volta sono
regolati da tre grandezze fisiche:
la forza;
la massa;
l’accelerazione.
Una forza è una grandezza fisica vettoriale che si manifesta tra
due o più corpi, in modo più semplice la possiamo definire come
una spinta o una trazione. Quando spingiamo o tiriamo qualcosa
la forza che stiamo esercitando è caratterizzata da due
grandezze:il modulo o intensità della forza che esercitiamo e la
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direzione nella quale spingiamo o tiriamo.
Inoltre essa nel
Sistema Internazionale si la forza è una grandezza derivata e la
sua unità di misura si chiama Newton(simbolo N).
Un secondo elemento chiave nelle leggi di Newton è la massa.
Essa è una grandezza fisica che misura la quantità di materia
contenuta in un corpo. In termini più rigorosi, in fisica la massa
si può definire in riferimento a due distinti concetti: l’inerzia e la
gravità; se si fa riferimento all’inerzia, la massa si definisce
come la capacità di un corpo di opporsi alle variazioni del suo
stato di quiete o di moto; se si fa riferimento alla gravità, si
definisce come la caratteristica di quello stesso corpo di essere
sottoposto alla forza di gravità. Nel primo caso si parla più
propriamente di massa inerziale, nel secondo, di massa
gravitazionale. Quindi possiamo definire la massa inerziale come
una forma di “resistenza” che il corpo offre all’azione di cause
che possono alterare il suo stato dinamico. . Nel Sistema
Internazionale, l’unità di misura della massa è il chilogrammo
(simbolo Kg).
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La terza e ultima grandezza che regola i tre principi di Newton è
l’Accelerazione.
Anch’essa
come
le
altre
due
è
una
Grandezza fisica vettoriale ed è definita come la rapidità di
variazione della velocità di un corpo rispetto ad una determinata
unità di tempo. Nel Sistema internazionale, l’accelerazione si
misura in m/s2.
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“PRIMO PRINCIPIO DELLA DINAMICA” O “PRINCIPIO DI
INERZIA”
Il primo principio della dinamica afferma che “un corpo persiste
nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme
fino a
quando una forza esterna capace di modificare tale stato non
interviene su di esso”. Quindi in questo enunciato, possiamo
distinguere due parti una che riguarda la quiete, l’altra il moto
rettilineo uniforme:
un corpo fermo continua a rimanere fermo se tutte le forze
che agiscono su di esso hanno risultante nulla ;
un corpo in moto rettilineo uniforme continua a muoversi con
velocità costante lungo una retta, finche non agisce una forza
che modifica il vettore velocità.
La tendenza di un corpo di mantenere invariato il suo stato viene
chiamata inerzia. Per questo motivo il primo principio è
comunemente conosciuto come “principio di inerzia”. Inoltre
secondo la prima legge di newton essere fermi o in movimento
con una velocità costante sono situazioni equivalenti. Per capire
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questo concetto prendiamo in considerazione due osservatori:
uno è il guidatore di un auto che si muove con velocità costante e
l’altro è fermo sul marciapiede accanto all’auto. Immaginiamo
che il guidatore abbia accanto a se un pacco. Dal punto di vista
di questa persona sul pacco non agisce alcuna forza e questo è
fermo in accordo con la prima legge. Anche dal punto di vista
dell’osservatore a terra sul pacco non agisce alcuna forza e
questo si muove con velocità costante ancora in accordo con la
prima legge. Perciò possiamo concludere dicendo che la prima
legge di Newton vale per entrambi gli osservatori : tutti e due
vedono il pacco non soggetto ad alcuna forza muoversi con
velocità costante; in particolare, per il primo osservatore la
velocità costante è uguale a zero. Inoltre in questo esempio
diciamo che ogni osservatore costituisce un sistema di
riferimento inerziale, cioè un sistema di riferimento nel quale
vale la legge di inerzia. Questo fondamentale principio però
prima di esser enunciato formalmente da Isac Newton, fu
scoperto inizialmente scoperto da Galileo Galilei.
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“SECONDO PRINCIPIO DELLA DINAMICA”
Il secondo principio della dinamica afferma che “La risultante
delle forze applicate su un corpo è uguale al prodotto della
massa del corpo per l'accelerazione che esso acquista”. Questi
risultati sono stati riassunti da Newton nella formula:
Ottenuta questa formula possiamo fare tre diverse osservazioni:
una forza applicata
costante
quindi
al
a un corpo produce un’accelerazione
variare
della
forza
varierà
anche
l’accelerazione;
la forza e l’accelerazione sono direttamente proporzionali;
una stessa forza applicata a corpi di massa diversa produce
accelerazioni
diverse,
l’accelerazione
è
inversamente
proporzionale alla massa del corpo.
Inoltre il secondo principio della Dinamica contiene il primo
principio come caso particolare.
Supponiamo infatti, che la forza risultante su un corpo sia uguale
a zero. In tal caso, per il secondo principio, possiamo scrivere:
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0=ma
Il prodotto m a è nullo,se uno o entrambi i fattori sono nulli.
Poiché m è senz’altro diversa da zero, si ricava che:
a=0
Se la forza risultante è nulla,allora è nulla anche l’accelerazione.
Quindi un corpo rimane fermo oppure continua a muoversi con
velocità costante, come afferma il primo principio della
dinamica. Infine per capire meglio questo secondo principio
svolgiamo un esercizio pratico prendiamo in considerazione una
cassa di peso pari a 300 N che viene spinta con una forza di
intensità F su un piano orizzontale privo di attrito e subisce
un'accelerazione pari a 3 m / s2. calcolare l'intensità della forza F.
Risposta: Per poter applicare il secondo principio della dinamica
dobbiamo prima calcolare la massa della cassa. Se P = 300 N, la
massa della cassa si ricava dalla relazione m = P / g che permette
di ottenere m = 300 N / (9.8 N / kg) = 30.6 kg. A questo punto
possiamo usare il secondo principio della dinamica F = m · a =
30.6 kg · 3 m / s2 = 91.8 N.
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“TERZO PRINCIPIO DELLA DINAMICA”
Il terzo principio della dinamica afferma che “per ogni forza
(azione) che agisce su un corpo, c’è una forza (reazione) che
agisce su un corpo diverso e che ha la stessa intensità e verso
opposto.”
In una forma un po’ più specifica possiamo dire che: “se un
corpo A esercita una forza F su un corpo B, anche B esercita una
forza su A”. Questa legge, più comunemente nota nella sua forma
più abbreviata, per ogni azione esiste una reazione uguale e
contraria, completa le leggi di newton. Inoltre c’è sempre una
reazione, sia che l’azione spinga su un oggetto difficile da
muovere, come per esempio un frigorifero, sia che spinga su
qualcosa privo di attriti, come il carrello sulla rotaia a cuscino
d’aria. In alcuni casi la reazione tende a essere trascurata, come
nel caso della terra che esercita una forza gravitazionale verso il
basso su un satellite(azione) mentre il satellite esercita sulla terra
una forza uguale e opposta verso l’alto (reazione):la reazione
esiste sempre. Un altro importante aspetto della terza legge di
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newton è che la forze di azione e reazione agiscono sempre su
oggetti differenti. Perciò, nel rappresentare un corpo in caduta
libera soltanto una forza, tra l’azione e la reazione, deve essere
disegnata per un dato oggetto. L’altra forza apparirà nello
schema di un corpo libero di un altro oggetto. Il risultato è che le
due forze non si eliminano a vicenda. Detto questo consideriamo
un’automobile che accelera da ferma. Non appena il motore
dell’automobile da girare le ruote, gli pneumatici esercitano una
forza sulla strada. Per la terza legge, la strada esercita una forza
uguale e contraria sugli pneumatici dell’auto. È questa seconda
forza, che agendo sull’automobile attraverso i suoi pneumatici, la
spinge in avanti. Per concludere svolgiamo un esempio
pratico:una forza di modulo 7,50 N spinge su una superficie
liscia orizzontale due scatole con masse
=1,30 kg ed
=
3,20. Trovare la forza di contatto fra la scatola 1 e la scatola 2.
Risposta:Come prima cosa calcoliamo la forza risultante che
agisce sulle due scatole. Notiamo però che esse hanno la stessa
intensità ma verso opposto. Quindi la loro somma è zero:
9
+
totale
=0. Successivamente dividiamo la forza per la massa
+
=
per trovare l’accelerazione delle due scatole:
=
,
( ,
,
)
=
,
,
= 1,66
⁄ .
E infine determiniamo la forza di contatto ,f , sostituendo i valori
numerici di
e a: f =
∙
= 3,20
.N
10
· 1,66
⁄
= 5,312
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